公路养护中高模量沥青改性剂的应用

李文海

(甘肃省定西公路局安定公路段，甘肃 定西 743000)

1 引言

为了行车舒适以及降低噪音，沥青路面应用较为广泛[1]。作为一种连续式无缝路面类型，在保证了路用性能的同时，也会出现一些缺点，例如高温条件下受力性能较低，使得沥青路面寿命较短。在沥青公路的路面上，最为常见的一种损害形式是车辙。公路路面在汽车重复荷载的作用下[2]，由于碾压形成了变形。为了保证公路的通行不受到影响，定期的公路养护是不可缺少的。公路养护重点面向存在损坏的区域完成修复工作，以及对公路总体的保养[3]。当前很多公路开始采用高模量沥青改性剂进行养护，使得路面具有抗变形的效果。高模量沥青改性剂是一种在特定工艺作用下，高分子聚合物及助剂结合形成的。高模量改性沥青是指通过添加改性剂之后，与普通改性沥青相比劲度模量有较大幅度提高的改性沥青。这种化合物是通过螺杆挤出机，将聚丙烯、橡胶、抗氧化剂等成分混炼而成的[4]。高模量改性沥青应用与存储都比较方便，更加适宜公路养护工程[5]。文中对公路养护中高模量沥青改性剂的应用进行了研究，希望可以提升公路的受力性能。

2 使用高模量沥青改性剂的必要性

第一，沥青路面在使用过程中受多种因素影响产生病害是十分常见的现象，其中，最为常见的问题就是夏季温度过高时，沥青路面吸热较快，使得沥青软化，路面行车受限，会出现路面下陷或边缘隆起的问题，也会在路面中碾压出车辙，影响路面的美观性；第二，当沥青路面出现车辙时，也会伴随拥包现象，拥包产生原因较多，但沥青软化点降低是根本原因；第三，当沥青路面发生性状变化时，不仅会影响行车安全，也会影响后期的公路养护，间接导致其他路面问题。究其根本原因，沥青路面常见病害与沥青路面受热有关，沥青路面受温度影响较大，温度骤降会使得沥青路面变硬变脆，出现回缩变形的问题，但温度过高也会使得沥青材料发生形变，承重能力下降，因此在沥青中加入高模量改性剂，希望提高材料的稳定性，优化路面的使用性能。

3 高模量沥青混合料应用配比分析

确认高模量沥青改性剂具有良好的性能后，以公路养护为目标，分析合理的高模量沥青混合料应用配比。首先选择基础的基质沥青，选用石灰岩作为集料材质，并依据国家标准将集料筛分成不同档次的标准材料。采用AC-20作为混合料的目标级配。为了保证材料结构的密实程度较好，对集料产生的嵌挤作用进行加强，将筛孔尺寸为0.3 mm以下，以及4.5 mm以上的集料的通过率适当降低，合理增加中间粒径集料的含量，具体的级配曲线如图1所示。

图1 AC-20目标级配曲线

此外，为了确保材料配比中沥青的最佳用量，依据已有的施工规范条例，采用马歇尔试验法确定具体的数据。实验过程中按照估计的油石比、相较预估油石比增加0.1%、相较预估油石比增加0.5%、相较预估油石比减少0.1%、相较预估油石比减少0.5%这五种情况分别做成五组实验应用的样品。每种样品数量保持在3～6个，放置定型后脱模测试，将每组样品的马歇尔稳定度、相关参数等记录。将油石比设为坐标横轴，获取的物理力学参数作为纵轴可以呈现出一个变化曲线[6]。以该曲线作为依据得出沥青用量范围。通过平均值的计算，得到最佳油石比。应用马歇尔试验获取的混合料口标孔隙率为3.2%，最佳油石比为4. 3 %，外掺掺配比例为0. 6%，毛体积密度2. 485 g/cm3，理论密度、饱和度、矿料间隙率的数值如表1所示。

表1 马歇尔试验数据

将集料进行加热处理，再将加热后的物料与改性剂混拌均匀，并依次加入沥青、碱性石料矿粉等物质，并充分混拌均匀。这种工艺下形成的混合料与以往相比温度有将近10 ℃的提高。

应用高模量沥青改性剂按照配比形成沥青混合料，公路养护中混合料使用后，会形成一层保护膜，由此形成三层膜保护结构，分别为沥青膜、高聚物膜、沥青膜。再加上温度与外力的影响，膜结构之间相互渗透，高聚物与沥青混合使得混合物合金化。未有渗透现象出现的位置，高聚物会自动聚集在一起，通过交织的形式搭建起内桥，为石料之间的空隙起到填补作用。避免了石料颗粒的移动与路面的变形。高模量沥青改性剂对于公路的养护，提高了路面的稳定性、强度。由此看出，加入高模量沥青改性剂可以有效改变沥青性能，包括了物理、化学两个方面。最终实现了路面性能的提升。

4 对比实验

为了保证文中的研究结果的准确性，特进行公路受力性测试。采用车辙试验的方式对道路的受力状态进行模拟。为了保证公路受力性实验的准确性，分别将实验温度保持60 ℃与70 ℃两种条件下。通过对车辙接地压强的改变，记录碾压后公路变形情况，从而明确高模量沥青改性剂应用后，公路受力性能的变化。为了保证实验结果具有说服力，除了文中分析的高模量沥青改性剂之外，选择传统的SBS改性沥青和RK改性沥青对公路进行养护，测试三种方式应用后的公路受力性能。

4.1 温度为60 ℃条件下公路变形结果

在60 ℃条件下，伴随着车辙接地压强的增加，公路变形量情况如图2所示。

通过图2可以发现，随着压强的不断增加，公路变形量处于不断增长的趋势。文中所述的高模量改性沥青方式养护的公路，变形量从1.02 mm增长至3.47 mm。而其余两种改性沥青养护后的公路变形更加明显，当压强为0.5 MPa时，SBS改性沥青和RK改性沥青养护的公路变形量分别为2.10 mm、2.54 mm；当压强增长至3.0 MPa时变形量增加至12.54 mm、13.98 mm。因此，可以得出结论，应用高模量沥青改性剂的效果优于其他两种方式。

图2 60 ℃条件下公路变形量结果

4.2 温度为70 ℃条件下公路变形结果

在70 ℃条件下，公路变形量情况如图3所示。

图3 70 ℃条件下公路变形量结果

通过图3可以得出结论，70 ℃条件下的公路变形量高于60 ℃条件下。当压强为3.0 MPa时，高模量改性沥青养护后的公路变形量为4.76 mm，其余两种方式变形量高达20.59 mm、25.69 mm。综上所述，公路养护中高模量沥青改性剂的应用可以有效降低变形量，提升公路受力性能。

5 结语

以高模量沥青改性剂为研究对象，分析了其在公路养护中的应用。通过本文的研究明确了高模量沥青改性剂性能、以及应用过程中的配比，更好地促进了公路路面的各方面性能提升。但是由于时间的限制，文中研究还不够深入，未来将会进一步研究。